Wie schützen Sonnencremes vor Hautkrebs? Blog#27

Mehr als 230.000 Menschen in Deutschland erkranken jedes Jahr an Hautkrebs. Die Haut von Kindern und Jugendlichen ist besonders empfindlich gegenüber UV-Strahlen. Epidemiologische Studien zeigen, dass Jugendliche, die in der Kindheit häufig der Sonne ausgesetzt und gebräunt waren, ein deutlich erhöhtes Risiko haben, später an Hautkrebs, insbesondere an einem malignen Melanom, zu erkranken. Sonnencreme schützt die Haut vor UV-Schäden und reduziert das Melanomrisiko.

Warum verursacht der UV-Anteil des Sonnenlichts Hautschädigungen und Hautkrebs? Welche Lichtschutzfaktoren sind in Sonnencremes enthalten? Wie lange schützt eine Sonnencreme nach dem Auftragen und was sollte man sonst noch beachten?

Warum verursacht der UV-Anteil des Sonnenlichts Hautschädigungen und Hautkrebs?

Das Sonnenlicht besteht nicht nur aus dem sichtbaren Spektrum (Wellenlängenbereich 400-780 nM) und der Wärmestrahlung (>780 nM), sondern auch aus einem höherenergetischen Anteil mit Wellenlängen kleiner 400 nm. Dieser wird als UV-Strahlung bezeichnet und wird basierend auf seiner biologischen Wirksamkeit in drei Bereiche aufgeteilt:

• UV-A (315-400 nm): dieser Spektralbereich wird nur geringfügig von der Atmosphäre absorbiert. Die DNA zeigt praktisch keine Absorption in diesem Bereich.
• UV-B (280-315 nm): Ozon und andere atmosphärische Bestandteile absorbieren in diesem Bereich einen Großteil der Sonnenstrahlung. Der auf der Erdoberfläche ankommende Anteil kann jedoch direkt durch die DNA absorbiert werden und zu Photoschäden führen. Der in den letzten Jahrzehnten beobachtbare Ozonabbau in der Stratosphäre führt dazu, dass ein zunehmend hoher Anteil an UV-B Strahlung auf die Erdoberfläche gelangt (zwischen 40 Grad und 50 Grad nördlicher Breite wurde ein Anstieg um 10% pro Dekade beobachtet).
• UV-C (100-280 nm): dieser Spektralbereich wird fast vollständig durch die Ozonschicht der Atmosphäre absorbiert und ist daher für die diese Diskussion irrelevant.

Der UV-B Anteil wird im Wesentlichen in der Oberhaut absorbiert, während der UV-A Anteil tiefer, bis in die Unterhaut eindringen kann.

UV-A Strahlen zerstören Kollagen- und Elastinfasern und reduzieren die Menge an Antioxidantien in der Haut. Daher ist die UV-A Strahlung für die vorzeitige Hautalterung, dh für Faltenentwicklung, Pigmentflecken, unebenmäßigem Hautton etc. verantwortlich.

Für die Entstehung von Sonnenbrand und für die Entstehung von Hautkrebs wird vor allem die UV-B Strahlung verantwortlich gemacht. Diese energiereiche Strahlung kann von der körpereigenen DNA absorbiert werden und Schäden verursachen (siehe Abbildung 1).

Abb. 1: Schematische Darstellung der UV-induzierten Bildung eines Thymin-Dimers (CPD) zwischen zwei benachbarten Thymin-Basen (T) in einer DNA-Doppelhelix (übernommen aus Referenz: hier).

Dabei werden zwei benachbarte Thymin Moleküle der DNA-Doppelhelix (T in Abb. 1) durch UV-B Strahlung in einer photochemisch erlaubten [2+2]-Cyloaddition zu einem Cyclobutan-Pyrimidin-Dimeren (CPD) umgesetzt (siehe Abb. 2).

Abb. 2: Schematisierte Darstellung der UV-B induzierten Bildung von Cyclobutan-Pyrimidin-Dimeren (CPD) via [2+2]-Cycloaddition. Der gebildete Vierring (Cyclobutanring) ist in gelber Farbe markiert.

Außerdem werden sogenannte (6-4)-Photoaddukte gebildet, auf die hier nicht näher eingegangen werden soll.

Die menschlichen Zellen besitzen zwar hocheffiziente Reparaturmechanismen, da die DNA ständig einer großen Zahl an schädigenden und mutagenen Einflüssen ausgesetzt ist, und versucht mittels dieser Reparaturmechanismen, die durch die UV-B Strahlung verursachten CPD-Schäden zu reparieren. Ist dies jedoch nicht in ausreichendem Maße möglich, wird in der Regel der programmierte Zelltod ("Apoptose") eingeleitet. Ein teilweises Versagen dieses Mechanismus kann zur Akkumulation von DNA-Mutationen führen, was zu Hautkrebs führt!

• Für besonders Interessierte: Abschätzungen zur Schadenshäufigkeit einschließlich aller Faktoren gehen von 10^4 - 10^6 Schäden pro Tag und Zelle aus. Bei etwa 10^12 Zellen im menschlichen Körper müssen entsprechend täglich Schäden in einer Größenordnung von 10^16 bis 10^18 repariert werden (siehe hier)!

Die unterschiedlichen negativen Auswirkungen der UV-A und UV-B Strahlung auf die Haut kann man sich leicht merken:

• UV-A: A steht für "Aging", also vorzeitige Hautalterung,
• UV-B: B steht für "Burning", also Sonnenbrand und Zellschädigungen mit erhöhtem Risiko für Hautkrebs.

Welche Lichtschutzfaktoren sind in Sonnencremes enthalten?

Sonnencremes werden auf die Haut aufgetragen, um die schädliche Wirkung von UV-A und UV-B Strahlung zu reduzieren. Es sind Wasser-in-Öl Emulsionen, die neben den wichtigen Lichtschutzsubstanzen u.a. auch Fettsäuren, Di- und Triacylglyceride, Fettalkohole, Propylenglykol und spezielle antioxidativ wirksame Verbindungen enthalten.

Als Lichtschutzsubstanzen werden anorganische oder organische Chemikalien verwendet.

• Anorganische Chemikalien, wie Titandioxid und Zinkoxid, reflektieren das schädliche UV-Licht größtenteils von der Haut weg, ein kleinerer Teil der Lichtenergie wird in Wärme umgewandelt. Die Cremes sind bei hohem Lichtschutzfaktor oftmals zähflüssig und zeigen den "Weißeffekt"; dh ein unschöner weißer Film zeichnet sich auf der Haut ab.
• Organische Chemikalien absorbieren die UV-Strahlen und wandeln die absorbierte Energie komplett in Wärme um. Da die einzelnen UV-absorbierenden organischen Chemikalien keinen Schutz über das gesamte UV-Spektrum hinweg bieten, werden mehrere Stoffe kombiniert, um eine möglichst komplette Abdeckung des UV-A und UV-B Bereichs zu erreichen.

So enthält zB die "Nivea Sun" Sonnencreme mit Lichtschutzfaktor 50 (hier), sieben unterschiedliche organische UV-Blocker: zwei UV-A Blocker, vier UV-B Blocker und einen UV-A/B Blocker (siehe Abb. 3).

Abb. 3: Chemische Strukturen der in "Nivea Sun" Sonnencreme enthaltenen organischen Lichtschutzmoleküle.

Diese Moleküle enthalten als gemeinsames Strukturelement einen Benzolring, der für die Absorption von UV-Licht notwendig ist. Viele der Verbindungen enthalten hydrophobe („fettliebende“) Substituenten zur Verbesserung der Öllöslichkeit, und vier der sieben Verbindungen enthalten Stereozentren und werden in Cremes als Isomerengemische verwendet.

Nach dem Auftragen dringen organische Moleküle in die obersten Hautschichten ein, absorbieren Sonnenstrahlung und geben die aufgenommene Energie in Form von Wärme ab.

Wie lange schützt eine Sonnencreme und was sollte man sonst noch beachten?

Die Sonnenempfindlichkeit der Haut hängt vom Hauttyp und UV-Index ab. Die Zeitdauer, für die man im Laufe eines Tages die ungebräunte Haut der Sonne maximal aussetzen kann, ohne dass die Haut rot oder gerötet wird, wird als Eigenschutzzeit bezeichnet (für die Bestimmung der Eigenschutzzeiten für verschiedene Hauttypen siehe hier). Sie wird standardisiert bei einer UV Belastung, die der Mittagssonne im Sommer in Mitteleuropa (UV-Index 8) entspricht, durchgeführt. Bei höherem UV-Index (Hochgebirge, Mittelmeer, Tropen) und bei reflektierender Umgebung (Wasser, Schnee, Sand) ist die Eigenschutzzeit deutlich niedriger. Bei einer an Sonne gewöhnter Haut ist die Eigenschutzzeit höher.

Je nach Hauttyp beträgt die Eigenschutzzeit zwischen drei Minuten für sehr helle Haut ("Hauttyp I") und vierzig Minuten für die mediterrane bräunliche Haut ("Hauttyp IV").

Die Zeitdauer in der man durch eine Sonnencreme mit einem bestimmten Lichtschutzfaktor geschützt ist, kann einfach mit der u.a. Formel berechnet werden:

Zeitdauer Sonnenschutz = Eigenschutzzeit x Lichtschutzfaktor 

dh: beträgt die Eigenschutzzeit 20 Minuten und der Lichtschutzfaktor der Sonnencreme 10, kann man 200 Minuten in der Sonne verbringen.

Außerdem ist es wichtig,

• ausreichende Mengen der Sonnencreme aufzutragen: meist wird zu wenig verwendet - eine 200-mL Flasche sollte nach fünfmaligem Eincremen des ganzen Körpers leer sein.
• regelmäßig nachzucremen. Empfehlung: mindestens alle zwei Stunden und besonders nach dem Baden und Abtrocknen.
• darauf zu achten, allgemeine Sonnenschutzregeln zu beachten. In erster Linie sollte man starke UV-Strahlung meiden und sich beim Aufenthalt im Freien „angemessen“ kleiden. Die dann noch unbedeckte Haut sollte mit einer Sonnencreme geschützt werden!

Fazit

• UV-A-Strahlung beschleunigt die Hautalterung, während UV-B-Strahlung Sonnenbrand und Hautkrebs verursacht.
• Als Sonnenschutzmittel werden anorganische Chemikalien verwendet, die einfallende UV-Strahlung reflektieren oder organische Chemikalien, die UV-A- und UV-B-Strahlung absorbieren.
• Sonnenschutzmittel enthalten eine Mischung verschiedener organischer Moleküle, um den UV-A- und UV-B-Bereich möglichst vollständig abzudecken.
• Der individuelle Hauttyp, der UV-Index und der Lichtschutzfaktor der Sonnencreme bestimmen, wie lange man nach dem Auftragen der Sonnencreme geschützt ist.

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Verantwortlicher: Klaus Rudolf; Kommentare und Fragen bitte an: rudolfklausblog@gmail.com
Disclaimer: Auf Klaus Rudolfs Blog gebe ich meine persönlichen Meinungen und Erfahrungen weiter. Ich bin weder Arzt noch Finanzberater. Bitte informiere Dich breit und konsultiere bei Bedarf einen professionellen Experten in Gesundheitsfragen oder Finanzanlagen.
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